DE3419278A1 - Gamma-dicalciumsilicat-haltige zementzusammensetzung - Google Patents
Gamma-dicalciumsilicat-haltige zementzusammensetzungInfo
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Description
Henkel, Pfenning, Feiler, Hänze! & Meinig Patentanwälte
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Dr phii G Henke!
Did; ing J P'enr.ing Be' rr, L>r rer na! L Feiler Mjncnen Dip: lr>g 7/ Ha^ze1 München Dipl -Pnys κ Η Weinig. Berlin Dr Ing Ä Butenschon. Berlin
Did; ing J P'enr.ing Be' rr, L>r rer na! L Feiler Mjncnen Dip: lr>g 7/ Ha^ze1 München Dipl -Pnys κ Η Weinig. Berlin Dr Ing Ä Butenschon. Berlin
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SMC-4 369
Gamma-Dicalciumsilicat-haltige Zementzusammensetzung
Die Erfindung bezieht sich auf eine gamma-Dicalciumsilicathaltige
Zementzusammensetzung. Insbesondere bezieht sich die
Erfindung auf eine gamma-Dicalciumsilicat-haltige Zementzusammensetzung,
ein wässriges Zementgemisch, das .die Zementzusammensetzung enthält, sowie ein gehärtetes Zementmaterial,
das aus dem wässrigen Zementgemisch hergestellt ist und eine verbesserte Biegefestigkeit, Wasserbeständigkeit
und Wärmebeständigkeit aufweist.
Die herkömmlichen Zementprodukte, die durch hydraulisches Härten herkömmlicher Zementzusammensetzungen erhalten werden,
weisen nicht immer eine hohe Biegefestigkeit auf. D. h., die herkömmlichen Produkte, die aus herkömmlichen
Zementzusammensetzungen hergestellt werden, die eine übliche Teilchengröße der Zementteilchen und ein übliches
Wasser/Zement-Verhältnis aufweisen, besitzen eine Biegefestigkeit in der Größenordnung von etwa 5 bis 10 MPa.
Es ist bekannt, daß die Biegefestigkeit von Zement durch Mischen von fasrigem Material in die Zementzusammensetzung
erhöht werden kann. Doch selbst wenn fasriges Material zugesetzt wird, ist es schwierig, eine Biegefestigkeit der
gebildeten Zementprodukte zu erhalten, die 40 MPa übersteigt. Darüberhinaus führt das fasrige Material zu einer
verminderten Fließfähigkeit und Ausformbarkeit der Zementzusammensetzung.
Andere Versuche, die Biegefestigkeit von Zementprodukten zu erhöhen, bestanden darin, die Größe und den Umfang der
Poren zu kontrollieren, die in den Zementprodukten gebildet werden, oder die Viskositätsbedingungen der Zementzusammensetzung
zu regulieren. Es ist jedoch bekannt, daß die Zement produkte, die nach den vorstehend erwähnten Methoden hergestellt
sind, obgleich sie eine erhöhte Biegefestigkeit aufweisen, hinsichtlich der Flammbeständigkeit (Wärmebeständigkeit
und Feuerbeständigkeit) sowie der Wasserbeständigkeit
nicht zufriedenstellend und damit in der Praxis ungeeignet sind.
Da die herkömmlichen Zementzusammensetzungen als Hauptkomponente Portlandzement und andere hydraulische Zemente enthalten,
weisen die gebildeten Zementprodukte darüberhinaus eine unerwünschte graue Farbe auf, so daß sie wenig ansprechend
sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gamma-Calciumsilicat-haltige
Zementzusammensetzung, ein wässriges Zementgemisch, das diese Zementzusammensetzung enthält, sowie ein ausgehärtetes
Zementprodukt, das aus dem wässrigen Zementgemisch hergestellt ist und eine erhöhte Biegefestigkeit, Wärmebeständigkeit
und Wasserbeständigkeit aufweist, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
D. h. die Zementzusammensetzung nach der Erfindung umfaßt 100 Gewichtsteile eines hydraulischen Zementmaterials,
das gamma-Dicalciumsilicat (gamma-C-S) enthält und 1 bis 20
Gewichtsteile eines wasserdispergierbaren polymeren Materials.
Das wässrige Zementgemisch nach der Erfindung umfaßt die vorstehend angegebene Zementzusammensetzung, vermischt
mit 5 bis 25 Gewichtsteilen Wasser je 100 Gewichtsteile hydraulisches Zementmaterial.
Das gehärtete Zementmaterial der Erfindung wird aus dem vorstehend erwähnten wässrigen Zementgemisch hergestellt.
Das gamma-Dicalciumsilicat wird in der Weise hergestellt, daß wenigstens eine CaIciumverbindung, die aus einer Gruppe
T-
ausgewählt wird, die aus Calciumoxid, Calciumhydroxid und Calciumcarbonat mit jeweils einer Reinheit von 95 Gewichtsprozent
oder mehr besteht, mit einem Siliciummaterial mit einer Reinheit von 99 Gewichtsprozent oder mehr in einem
Molverhältnis der Calciumverbindung, bezogen auf Calciumoxid (CaO), zu dem Siliciummaterial, b°zogen auf Siliciumdioxid
(SiO2), von 1,90 : 1 bis 2,05 : 1 vermischt wird, das gebildete Gemisch bei einer Temperatur zwischen 1000
und 1500 eC zwischen 30 Minuten und 3 Stunden calciniert
wird und dann das calcinierte Produkt allmählich auf Umgebungslufttemperatur abgekühlt wird.
Figur 1 zeigt schematisch die Struktur des ausgehärteten Zementmaterials nach der Erfindung und
Figur 2 schematisch die Struktur eines herkömmlichen gehärteten Zementmaterials.
Das Zementmaterial nach der Erfindung umfaßt 100 Gewichtsteile eines hydraulischen Zementmateriäls und 1 bis 20 Gewichtsteile
eines wasserdispergierbaren polymeren Materials.
Das hydraulische Zementmaterial enthält gamma-Dicalciumsilicat
(gamma-C^S), vorzugsweise in einer Menge von 1 Gewichtsprozent oder mehr» Das gamma-Dicalciumsilicat-haltige hydraulische
Zementmaterial besteht vorzugsweise ausschließlich
aus gamma-Dicalciumsilicat.
Gamma-Dicalciumsilicat ist für die Zementteilchen der erfindungsgemäßen
Zementzusammensetzung geeignet. Es ist angenommen
worden, daß, da gamma-Dicalciumsilicat keine hydraulischen Eigenschaften besitzt, es vorzuziehen ist,
daß der Gehalt an gamma-Dicalciumsilicat als Zementbestandteil in der Zementzusammensetzung so klein wie möglich
ist. überraschenderweise haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß, wenn gamma-Dicalciumsilicatpulver
zusammen mit einem wasserdispergierbaren polymeren Material sowie Wasser durchgearbeitet wird und das durchgearbeitete
wässrige Gemisch bei niedriger Feuchtigkeit oder hohem Druck wärmebehandelt wird, das durchgearbeitete Gemisch
in zufriedenstellender Weise hydraulisch härtet und das gebildete gehärtete Zementprodukt eine verbesserte Biegefestigkeit,
Wasserbeständigkeit und Wärmebeständigkeit aufweist.
Wenn ein Gemisch aus gamma-Dicalciumsilicathaltiger Zementzusammensetzung
nach der Erfindung mit Wasser hydraulisch gehärtet wird, wird das gamma-Dicalciumsilicat zu Beginn
des Härtungsprozesses hydratisiert, um ein tobermoritartiges Hydratisierungsprodukt (CSH) in Form eines Gels zu bilden.
Das Hydratisierungsprodukt (CSH) des gamma-Dicalciumsilicats
wird unter Stabilisierung mit dem wasserdispergierbaren polymeren Material vermischt, um eine stabile Matrixphase
zu bilden. Die Teilchen des nichthydratisierten gamma-Dicalciumsilicats und eines Füllmittels werden in die Matrixphase
eingebettet, die aus einem Gemisch aus hydratisiertem gamma-Dicalciumsilicat und wasserdispergierbarem polymeren Material
besteht.
D. h., das gehärtete Zementmaterial nach der Erfindung weist eine stabile Matrixphase auf und zeigt demgemäß eine verbesserte
mechanische Festigkeit, einschließlich einer verbesserten Biegefestigkeit, sowie eine verbesserte Wasserbeständigkeit,
Wärmebeständigkeit, Flammbeständigkeit und Dimensionsstabilität. Gemäß Figur 1 sind in der Struktur des gehärteten Zementmaterials
nach der Erfindung nichthydratisierte gamma-Dicalciumsilicatteilchen 1 sowie Füllmittelteilchen 2 in
eine Matrixphase 3 eingebettet, die aus einem Gemisch aus einem hydratisierten gamma-Dicalciumsilicat (CSH)-GeI und
einem wasserdispergierbaren polymeren Material besteht.
Gemäß Figur 2 weist die interne Struktur eines herkömmlichen gehärteten Portlandzementmaterial Teilchen 5 aus nichthydratisiertem
Portlandzement auf, die in interne hydratisierte Portlandzementteilchen 4 eingebettet sind. Diese sind zusammen
mit den externen hydratisierten Portlandzementteilchen 6, Calciumhydroxidteilchen 7 und Additivteilchen 8 statistisch
in einer Matrix 9 verteilt, die aus einem Hydratisierungsprodukt aus Calciumsilicat in Form eines Gels (CHS)-GeI
besteht.
Das hydraulische Zementmaterial, das in der Zementzusammensetzung
der Erfindung vorliegt, kann ausschließlich aus gamma-Dicalciumsilicat bestehen oder zusätzliches Zementmaterial
enthalten, vorzugsweise in einer Menge von 40 Gewichtsprozent oder weniger, zusätzlich zu dem gamma-Dicalciumsilicat.
Das zusätzliche Zementmaterial umfaßt wenigstens ein hydraulisches
Zementmaterial, das beispielsweise aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Portlandzement, gemischten Portlandzementen,
beispielsweise einem Hochofenzement, einem Flugaschezement, sowie Siliciumoxidzement; Tonerdezement; hydraulischem
Kalk, Romanzement; natürlichem Zement; gemischten Kalkzementen, beispielsweise einem Schlackezement oder einem
Ροζzolarzement, schnellhärtenden Zementen, superschneilhärtenden
Zementen; sowie Bohrlochz.ementen besteht. Da Tonerdezement als solcher in ein gehärtetes Zementmaterial mit hoher
Biegefestigkeit umgewandelt wird, wird es insbesondere
AO
vorgezogen, daß Tonerdezement als zusätzliches Zementmaterial
dem gamma-Dicalciumsilicat zugemischt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Zementzusammensetzung wird das hydraulische Zementmaterial mit einem wasserdispergierbaren
polymeren Material vermischt, das als Schmiermittel und Dispergiermittel für die Teilchen des hydraulischen Zementmaterials
dient und die Fließfähigkeit, Plastizität und Verformbarkeit der gebildeten Zementzusammensetzung erhöht
und die Matrixphase in dem gehärteten Zementmaterial stabilisiert.
Das wasserdispergierbare Polymermaterial kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus VinIyacetathomopolymer
und -copolymer; Amidpolymer, beispielsweise Acrylamiähomopolymer
und -copolymer und Methacrylamidhomopolymer und -copolymer; nichtionischen Alky!celluloseestern und Hydroxyalkylcelluloseestern,
beispielsweise Hydroxypropylmethylcellulose und Oxypropylmethylcellulose; Polyalkylenoxidpolymerderivaten,
beispielsweise Polyäthylenoxid; Polyalkoxypolymerderivaten; sowie suIfonsauregruppenhaltigen
Polymeren, beispielsweise Lignosulfonat und sulfonierten Naphthalinsalzen, besteht.
Das wasserdispergierbare polymere Material wird in einer Menge von 1 bis 20 Gewichtsteilen, vorzugsweise 1 bis 5
Gewichtsteilen, mit 100 Gewichtsteilen des hydraulischen
Zementmaterials vermischt.
Die erfindungsgemäße Zementzusammensetzung kann mit einem
Additiv, beispielsweise einem feinen Aggregat oder Füllmittel vermischt werden. Das Additiv liegt vorzugsweise
in Form feiner Teilchen mit einer Teilchengröße von 1 mm oder weniger vor. D. h. das Additiv kann aus einer Gruppe
ausgewählt werden, die aus Siliciumoxidmaterialien, beispielsweise Sand, Quarzsand und feinem amorphem Silicium-
AK
oxid, Titanoxid, Olivin, Schiefermehl, Flugasche, Schlacke und Gips besteht.
Aus der Zementzusammensetzung der Erfindung kann ein gehärtetes Zementmaterial ohne Verwendung von fasrigem Verstärkungsmaterial
gebildet werden. Die erfindungsgemäße Zementzusammensetzung
kann jedoch, falls erwünscht, mit einem fasrigen Verstärkungsmaterial vermischt werden. Ebenso kann
die erfindungsgemäße Zementzusammensetzung mit einem Farbstoff, beispielsweise einem Pigment vermischt werden. Da
das gamma—Dicalciumsilicatpulver weiß ist, ist das gehärtete
Zementmaterial ebenfalls weiß. Die Zementzusammenssetzung
der Erfindung kann daher mit einem färbenden Material vermischt werden, so daß das gebildete gehärtete
Zementmaterial eine leuchtende Farbe aufweist.
Das gamma-Dicalciumsilicat, das für die erfindugsgemäße
Z.ementzusammensetzung verwendet wird/ kann in der Weise
hergestellt werden, daß wenigstens eine CaIciumverbindung
die aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Calciumoxid, Calciumhydroxid und Calciumcabonat besteht, die jeweils eine
Reinheit von 99 Gewichtsprozent oder mehr aufweisen, mit einem Siliciumoxidmaterial, das 99 Gewichtsprozent oder mehr Siliciumdioxid
enthält, in einem Molverhältnis der Calciumverbindung,
bezogen auf Calciumoxid (CaO), zu dem Siliciumoxidmaterial , bezOgen auf Siliciumdioxid (SiO-), zwischen
1,90 : 1 und 2,05 ; 1, vorzugsweise 1,98 : 1 vermischt wird, das gebildete Gemisch bei einer Temperatur zwischen 1000
und 1500 0C, vorzugsweise zwischen 1350 und 1450 0C, ganz
besonders bevorzugt bei 14000C, calciniert wird und das
calcinierte Produkt bei Umgebungslufttemperatur allmählich
abgekühlt wird.
Die Calciumverbindung wird aus gebranntem Kalk (Calciumoxid),
gelöschtem Kalk (Calciumhydroxid) und Calciumcarbonat ausgewählt.
Das Siliciumoxidmaterial wird aus Siliciumoxidstein,
Siliciumoxidsand sowie siliciuinhaltigen Materialien hoher
Reinheit, die als industrielle Nebenprodukte anfallen, aus gewählt.
Die Calciumverbindung und das Siliciumoxidmaterial müssen
jeweils eine Reinheit von 99% oder mehr aufweisen. D. h., sowohl die Calciumverbindung, wie das Siliciumoxidmaterial
dürfen höchstens 0,5 Gewichtsprozent Al2O.,, 0,1 Gewichtsprozent
Fe3O3, 0,57 Gewichtsprozent MgO, 0,2 Gewichtsprozent
TiO-, 0,3 Gewichtsprozent B3O3, 0,3 Gewichtsprozent
P2°5' ^1'3 Gewichtsprozent Na3O, 0,3 Gewichtsprozent K„O
und 0,3 Gewichtsprozent As7On. aufweisen.
Zur Herstellung des garnma-Dicalciumsilicats
(gamma-C2S) liegt die Calciumverbindung und das Siliciumoxidmaterial
vorzugsweise in Form feiner Teilchen mit einer spezifischen Oberfläche von 15Ό0 cm2/g oder mehr,
bestimmt nach der Blain-Permeabilitätsmethode, und einer
Teilchengröße von 0,1 mm oder weniger vor.
Nachdem das Gemisch aus der Calciumverbindung und dem Siliciumoxidmaterial bei einer Temperatur von 1000 bis
1500 0C calciniert worden ist, wird das gebildete calcinierte
Produkt allmählich abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt von etwa 5000C auf Umgebungslufttemperatur mit einer
Kühlgeschwindigkeit von vorzugsweise 15°C/min. oder weniger,
vorzugsweise 10°C/min. oder weniger.
Wenn die Calcinierung abgeschlossen ist/ besitzt das gebildete Dicalciumsilicateine beta-kristalline Struktur.
Während des allmählichen Abkühlens erfolgt eine polymorphe Umwandlung der beta-kristaJ linen Struktur in eine gamma-kristalline
Struktur. Das gebildete gamma-Dicalciumsilicat liegt
in Form feiner Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,5 bis 1000 μπι vor. D. h. der polymorphe Übergang der beta-krLstal-
linen Struktur in die gamma-kristallinen Struktur führt zu
einer Erhöhung des Volumens der Dicalciumsilicatkristalle. Dieses Phänomen führt zu einer Zerkleinerung der Dicalciumsilicatkristalle.
Wenn die vorstehend erwähnte Methode angewendet wird/ können die gebildeten gamma-Dicalciumsilicatteilchen
direkt für die erfindungsgemäße Zementzusammensetzung ohne Zerkleinerung der Teilchen eingesetzt werden.
Diese Eigenschaft des gamma-Dicalciumsilicats ist von
großem Vorteil bei der Herabsetzung der Kosten zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zementzusammensetzung.
Zur Herstellung des gehärteten Zementmaterials wird ein wässriges Zementgemisch gebildet, indem die erfindungsgemäße
Zementzusammensetzung mit Wasser in einer Menge von 5 bis 25 Gewichtsteilen, vorzugsweise 7 bis 15 Gewichtsteilen,
je 100 Gewichtsteile hydraulisches Zementmaterial vermischt
wird. D. h. die Menge des Wassers, das beim Mischen verwendet wird, wird auf einen relativ geringen Betrag eingeschränkt.
Diese Einschränkung dient zur Steuerung der Hydratisierungsgeschwindigkeit der Zementzusammensetzung
auf ein niedriges Niveau und zur Bildung eines gehärteten Zementmaterials, d=s eine hohe Dichte und eine geringe
Porosität aufweist.
Bei der Herstellung eines wässrigen Zementgemischs, das
eine relativ geringe Menge Wasser enthält, wird das Gemisch aus der Zementzusammensetzung und dem Wasser mit
einem Zwei-Schnecken-Mischer, einer Zwei-Walzen-Mühle oder einerKombination des erwähnten Mischers und der Mühle
unter hoher Scherbeanspruchung durchgearbeitet.
Das gebildete wässrige Zementgemisch der Erfindung kann zu der gewünschten Form mit herkömmlichen Formmethoden ausgeformt
werden, beispielsweise durch Extrusion, Walzen (Schichtbildung), Pressen (Stabbildung, Kegelbildung und
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Λ*
unregelmäßige Ausformung). Das ausgeformte Produkt kann
mechanisch weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Schneiden, um ein halbfertiges Produkt in der gewünschten
Form zu erhalten.
Das erfindungsgemäße wässrige Zementgemisch kann als solches oder in Form des halbfertigen Produkts lange Zeit gelagert
werden, wobei die Plastizität des wässrigen Zementgemischs auf einem zufriedenstellenden Niveau bleibt, wenn
es von der Umgebungsatmosphäre völlig abgetrennt wird.
Das ausgeformte Produkt des erfindungsgemäßen wässrigen Zementgemischs,
das kurz vorher hergestellt oder nach einer gewissen Aufbewahrungszeit kurz vorher geöffnet worden ist,
wird bei einer Temperatur zwischen 40 und 180 0C, vorzugsweise
80 bis 15O0C ausgehärtet, wobei die relative Feuchtigkeit
auf 20 bis 7 0 %, vorzugsweise 2 0 bis 60 %, eingestellt und/oder ein Druck von 5 bis 15 Atmosphären angewandt wird,
vorzugsweise von 5 bis 10 Atmosphären» Unter den vorstehend genannten speziellen Härtebedingungen kann das gamma-Dicalciumsilicatteilchen—haltige
erfindungsgemäBe wässrige Zementgemisch in zufriedenstellender Weise gehärtet werden,
trotz der Tatsache, daß die gamma-Dicalciumsilicatteilchen
im wesentlichen keine hydraulischen Eigenschaften unter den üblichen Härtebedingungen aufweisen.
Das gehärtete Zementmaterial nach der Erfindung weist eine verbesserte Biegefestigkeit auf. Die Biegefestigkeit kann
jedoch noch weiter erhöht werden, indem die Porosität und
die Größe der Poren, die in dem gehärteten Zementmaterial gebildet werden, auf einen geeigneten Wert eingestellt werden,
entsprechend dem Verfahren/ das beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 56-14465
beschrieben ist. Beispielsweise kann die Porosität und die Größe der Teilchen auf ein solches Ausmaß eingestellt werden,
daß das Gesamtvolumen der Poren, die eine Größe von
Λ?
100 μΐη oder mehr, 50 μΐη oder mehr oder 15 μΐη oder mehr aufweisen,
2 % bzw. 0,5 % des gesamten Volumens des gehärteten Zementmaterials nicht übersteigt.
Im allgemeinen wird die Biegefestigkeit des gehärteten Zementmaterials
durch eine Verringerung des gesamten Volumens großer Poren herabgesetzt.
Ein eine hohe Dichte aufweisendes hartes Zementmaterial mit einer hohen Biegefestigkeit kann erhalten werden, indem die
Verteilung der Größe der hydraulischen Zementmaterialteilchen in einer speziellen Art und Weise kontrollierttaird.
D. h. die Verteilungskurve der Teilchengröße des hydraulischen Zementmaterials weist vorzugsweise eine Vielzahl von
Maxima auf.
Liegt beispielsweise eine Teilchengrößenverteilung mit 2
Maxima vor, enthält das hydraulische Zementmaterial (a) 5 0 Gewichtsprozent oder mehr, vorzugsweise 70 bis 19 Gwwichtsprozent
an Teilchen mit einer Größe von 60 bis 110 μπι, (b) 5 Gewichtsprozent odermehr, vorzugsweise 10 bis
50 Gewichtsprozent an Teilchen mit einer Teilchengröße von 1 bis 10 μΐη und (c) 20 Gewichtsprozent oder weniger, vorzugsweise
10 Gewichtsprozent oder weniger, besonders bevorzugt 5 Gewichtsprozent oder weniger an Teilchen mit einer
anderen Teilchengröße als vorstehend angegeben.
Die Verteilungskurve der Teilchengröße kann auch 3 Maxima oder ein einziges Maximum aufweisen.
Im allgemeinen weisen die gamma—Dicalciumsilicatteilchen,
die nach dem vorstehend angegebenen Verfahren hergestellt werden, eine bevorzugte Teilchengrößenverteilung auf und
sind daher zur Herstellung des eine hohe Dichte aufweisenden gehärteten Zementmaterials nach der Erfindung geeignet.
- - '-' 3ΛΊ 9278
Wo
Die Auswahl der Komponenten, die für die erfindungsgemäße
Zementzusammensetzung verwendet werden, ist von Bedeutung, da, wenn eine Zementzusammensetzung, die die ausgewählten
Komponenten enthält, einem Kapillarrheometertest unterworfen wird, ein bestimmtes Ausmaß an einer Zunahme der
Seher-Beanspruchung mit Erhöhung der Seher-Geschwindigkeit
aufweist. In diesem Zusammenhang wird auf die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung Nr. 57-129853 verwiesen.
Die Biegefestigkeit des gehärteten Zementmaterials kann
beispielsweise dadurch erhöht werden, daß die Art der Komponenten und die Zusammensetzung der Zementzusammensetzung
so ausgewählt wird, daß, wenn die Zusammensetzung durch das Kapillarrheometer extrudiert wird, eine Erhöhung
der Seher-Geschwindigkeit im Bereich von 0, 1 bis 5 Sekunden um das zehnfache der ursprünglichen Seher-Geschwindigkeit auftritt,
wodurch eine Zunahme des Niveaus der Seher-Beanspruchung der Zusammensetzung um 25 % oder mehr erfolgt.
Das vorstehend erwähnte Verfahren zur Erhöhung der Biegefestigkeit
ist bei herkömmlichen gehärteten hydraulischen Zementzusammensetzungen bekannt. Dieses Verfahren ist jedoch
auch für die erfindungsgemäße gehärtete Zementzusammensetzung
geeignet. D. h., wenn das vorstehend angegebene Verfahren angewendet wird, ist es möglich, ein erfindungsgemäßes
gehärtetes Zementmaterial zu erhalten, das eine Biegefestigkeit von 2 00 MPa oder mehr sowie einen hohen
Young-Modul aufweist.
Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, kann nach der Erfindung ein gehärtetes Zementmaterial erhalten werden,
das gegenüber dem herkömmlichen gehärteten Zementmaterial eine erheblich verbesserte Biegefestigkeit (wenigstens
50 MPa) aufweist. Weiterhin ist es mit dem erfindungsgemäßen
gehärteten Zementmaterial möglich, eine niedrige
Air
Porosität, einen hohen Young-Modul und einehohe Bruchenergie
zu erhalten. Das erfindungsgemäße gehärtete Zementmaterial weist auch nicht den Nachteil auf, daß die
eine hohe Biegefestigkeit aufweisenden gehärteten hydraulischen Zementprodukte eine geringe Wasserbeständigkeit
und Flammfestigkeit besitzen. Da das erfindungsgemäße gehärtete Zementmaterial weiß ist, besitzt es ein hervorragendes
Aussehen und kann in einfacher Weise gefärbt werden. Da das gamma-Dicalciumsilicatpulver, das in der
Zementzusammensetzung verwendet wird, darüberhinaus in Form fein zerteilter Teilchen ohne Anwendung eines mechanischen
Zerkleinerungsverfahrens erhalten werden kann, sind die Herstellungskosten gering und damit auch
die Kosten der dieses gamma-Dicalciumsilicatpulver enthaltenen Zementzusammensetzung.
Aufgrund dieser Eigenschaften kann die erfindungsgemäße
Zementzusammensetzung auf vielen Gebieten allgemein als Baumaterial oder als Ersatzmaterial für Kunststoffe,
Keramik sowie Nichteisen- und Eisenmaterialien verwendet werden, einschließlich Dichtstoffen, elektrischen Teilen
und Felgen sowie Radkappen von Fahrzeugreifen.
Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Veranschaulichung der Erfindung. Sie sollen jedoch nur die
Erfindung erläutern, nicht jedoch den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise einschränken.
Es wurde ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen gebranntem
Kalkpulver (Teilchengröße 0,1 mm oder weniger) sowie 54 Gewichtsteilen eines pulvrigen siliciumoxidhaltigen
Materials (Teilchengröße 0,1 mm) hergestellt. Diese Pulver enthielten als Verunreinigungen, bezogen auf das Gewicht,
nicht mehr als 0,10 % Al3O3, nicht mehr als 0,05 % Fe3O3,
nicht mehr als 0,20 % MgO, nicht mehr als 0,05 % TiO3, nicht
mehr als 0,02 % B9O,, nicht mehr als 0,02 % P0O1-, nicht mehr
als 0,05 % Na3O, nicht mehr als 0,05 % K3O und nicht mehr
als 0,02 % Al3O3 sowie andere Verunreinigungen. Das pulvrige
Gemisch wurde in einem elektrischen Ofen bei einer Temperatur von etwa 14000C 2 Stunden calciniert und dann allmählich
abgekühlt. Das allmähliche Abkühlen von 5000C auf
Raumtemperatur wurde mit einer Kühlgeschwindigkeit von 1O0C/
min. durchgeführt.
Nach dem allmählichen Abkühlen wurden weiße Pulver mit einer Teilchengröße von 0,3 bis 95 μπι erhalten, welche, wie durch
Röntgenstrahlenanalyse bestätigt wurde, gamma-Dicalciumsilicat umfaßten.
Das gebildete gamma-Dicalciumsilicatpulver wies eine Reinheit
von 98 % und eine spezifische Oberfläche von 15 00 cm2/g,
bestimmt durch die Blain-Permeabilitätsmethode, auf und enthielten
0,04 Gewichtsprozent Teilchen mit einer Teilchengröße
von 88 um oder mehr, 1,57 Gewichtsprozent Teilchen mit
einer Teilchengröße von 6 3 um oder mehr, 4,47 Gewichtsprozent
Teilchen mit einer Teilchengröße von 44 um oder mehr,
30,28 Gewichtsprozent Teilchen mit einer Teilchengröße von 30 Um oder mehr, 58,07 Gewichtsprozent Teilchen mit einer Teilchengröße
von 20 μπι oder mehr sowie 72,44 Gewichtsprozent Teilchen mit einer Teilchengröße von 15 um oder mehr.
Ein wässriges Zementgemisch wurde hergestellt, indem 100 Gewichtsteile
gamma-C2S-PuIver, das nach dem Beispiel 1 hergestellt
worden ist, mit 5 Gewichtsteilen Polyvinylacetat (mit einem Verseifungsgrad von 78,5 bis 81,5 %) sowie 12
Gewichtsteilen reinem Wasser vermischt wurden. Das Gemisch
wurde mit einem Hobard-Mischer vorgemischt und dann mit einer Zwei-Walzen-Mühle durchgearbeitet, u™ ein blattförmiges
wässriges Zementgemisch zu erhalten. Das blattförmige Gemisch wurde einem Druck von 30 kg/cm2 10 Minuten ausgesetzt,
um eine Probe mit einer Dicke von 3 mm, einer Länge von 200 mm und einer Breite von 150 mm zu erhalten. Die
Probe wurde sofort in einen Behälter mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit gegeben, welcher auf eine relative
Feuchtigkeit von 45 % und eine Temperatur von 1000C eingestellt
war, wobei sie eine Stunde zur Aushärtung wärmebehandelt wurde.
Die Werte der physikalischen Eigenschaften der gehärteten
Probe waren foigerndermaßen. Die Biegefestigkeit wurde mit
einem Instron-Universal-Testgerät bestimmt, wobei eine
Probe mit einer Breite von 5 cm und einer Spannweite von 10 cm verwendet wurde. Die Wärmebiegefestigkeit der vorstehend
angegebenen Probe wurde bestimmt, nachdem sie eine Stunde auf einer Temperatur von 3 000C gehalten wurde. Die
Wasserabsorption und die Geschwindigkeit der Längenänderung wurde bestimmt, indem die Probe mit Wasser gesättigt
und dann bei einer Temperatur von 1050C völlig getrocknet
wurde. Die Änderungen des Gewichts und der Länge der Probe wurden gemessen. Die Flammfestigkeit wurde bestimmt, in
dem festgestellt wurde, ob die Probe den Test für nichtbrennbares Material des japanischen Bauministeriums entsprechend
der japanischen Norm (JIS) A1321 bestand oder nicht.
Biegefestigkeit 750 kg/cm2 (73,5 MPa)
Wärmebiegefestigkeit 715 kg/cm2 Wasserabsorption 0,5 %
Geschwindigkeit der Längenänderung 0,05 %
Flammfestigkeit sie besteht den Test für
nichtbrennbares Material
Ein wässriges Zementgemisch wurde hergestellt, indem Gewichtsteile eines hydraulischen Zementmaterials, das
aus 95 Gewichtsprozent gamma-Dicalciumsilicatpulver und
5 Gewichtsprozent Kalk bestand, mit 7 Gewichtsteilen Polyacrylamid
und 15 Gewichtsteilen reinem Wasser vermischt wurden. Das gebildete Gemisch wurde in gleicher Weise
durchgearbeitet, geformt, wärmebehandelt und den Tests unterworfen, wie im Beispiel 2 beschrieben. Die Ergebnisse
sind folgendermaßen:
Biegefestigkeit 680 kg/cm2 (73,5 MPa^
wäri^ebiegefestigkeit 635 kg/cm2
Wasserabsortpion 0,75 %
Geschwindigkeit der Längenänderung 0,07 %
Flammfestigkeit sie besteht den Test für
nichtbrennbares Material
Eine Probe, die in gleicher Weise durch Durcharbeiten und Formen wie im Beispiel 2 erhalten worden ist, wurde in
einen Polyäthylenbeutel gegeben und völlig abgedichtet. Nach 6 Monaten zeigte die Zementzusammensetzung nach dem
Herausnehmen aus dem Polyäthylenbeutel eine zufriedenstellende Plastizität und mechanische Verarbeitbarkeit. Die
Zementzusammensetzung wurde der gleichen Wärmebehandlung und den gleichen Tests unterworfen, wie im Beispiel 2
beschrieben. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.
Biegefestigkeit 712 kg/cm2 (69,8 MPa)
Wärmebiegefestigkeit 679 kg/cm2 Wasserabsorption 0,6 %
Geschwindigkeit der Längenänderung 0,06 %
Flaminfestigkeit sie bestand den Test für
nichtbrennbares Material
Ein wässriges Zementgemisch wurde hergestellt, indem
100 Gewichtsteile des nach dem Beispiel 1 hergestellten gamma-CjS-Pulvers mit 7 Gewichtsteilen desselben PoIyvinylacetats,
wie es im Beispiel 2 beschrieben ist, und 11 Gewichtsteilen Wasser vermischt wurden. Es wurde aus
dem wässrigen Zementgemisch in gleicher Weise, wie in Beispiel 2 beschrieben, eine Probe hergestellt.
Die Probe wurde mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 2 °C/min. auf eine Temperatur von 12O0C erwärmt und bei
dieser Temperatur bei einer relativen Feuchtigkeit von 40% unter einem Druck von 10 kg/cm2 eine Stunde gehalten,
um sie auszuhärten. Die gehärtete Probe wurde allmählich abgekühlt.
Die gehärtete Probe wies folgende Eigenschaften auf
Biegefestigkeit 825 kg/cm2 Wärmebiegefestigkeit 804 kg/cm2
Wasserabsorption 0,4 %
Geschwindigkeit der
Längenänderung 0,03 %
Längenänderung 0,03 %
Flammfestigkeit sie bestant des Test für
nichtbrennbares Material
Es wurde in gleicher Weise vorgegangen, wie im Beispiel 5 beschrieben, außer das die Wärmebehandlung der Probe bei
einem Druck von 15 kg/cm* durchgeführt wurde. Die gebildete gehärtete Probe wies folgende Eigenschaften auf
-21- | 866 | kg/cm2 | % | 3419278 | |
Biegefestigkeit | 853 | kg/cm2 | bestand den | ||
Wärmebiegefestigkeit | 0,2 | % | |||
Wasserabsorption | |||||
Geschwindigkeit der | 0,02 | ||||
Längenänderung | sie | ||||
Flammfestigkeit | Test für | ||||
nichtbrennbares Material
Claims (12)
1. Zementzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie 100 Gewichtsteile eines hydraulischen Zementmaterials,
d?s gamma-Dicalciumsilicat (gamma-CUS) enthält und 1 bis
Gewichtsteile eines wasserdispergierbaren polymeren Materials umfaßt.
2. Zementzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das hydraulische Zementmaterial ein zusätzliches Zementmaterial enthält, das wenigsten einen
Bestandteil der Gruppe: Portlandzement, gemischter Portlandzement, Tonerdezement, hydraulischer Kalk, Romanzement,
natürlicher Zement, gemischter Kalkzement, schnellhärtender Zement, superschnellhärtender Zement und Bohrlochzement
umfaßt.
3. Zementzusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß d-»e Menge des zusätzlichen Zementmaterials
40 Gewichtsprozent oder weniger beträgt.
4. Zementzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Zementmaterial ausschließlich aus
gamma-Dicalciumsilicat besteht.
5. Zementzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das wasserdipergierbare polymere Material aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Vinylacetathomopolymer
und -copolymer; Acrylamidhomopolymer und -copolymer; Methacrylamidhomopolymer und -copolymer;
nichtionischen Alkylcelluloseestern, nichtionischen Hydroxyalkylcelluloseestern;
Polyalkylenoxidpolymerderivaten; Polyalkoxypolymerderivaten; sowie Sulfonsäuregruppenhaltigen
Polymeren besteht.
6. Zementzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das gamma-Dicalciumsilicat in einer Weise hergestellt wird, daß wenigstens eine Calciumverbindung,
die aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Calciumoxid, Calciumhydroxyd und Calciumcarbonat, die jeweils eine Reinheit
von 99 Gewichtsprozent oder mehr aufweisen, besteht, mit einem Siliciumoxidmaterial mit einer Reinheit von
wenigstens 99 Gewichtsprozent in einem Molverhältnis der Calciumverbindung, bezogen auf Calciumoxid
(CaO), zu dem Siliciumoxidmaterial, bezogen auf Siliciumdioxid
(SiO2), von 1,90 : 1 bis 2,05 : 1 vermischt wird,
wobei das gebildete Gemisch bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1500 0C zwischen 30 Minuten und 3 Stunden calciniert
und anschließend das calcinierte Produkt langsam auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.
7. Wässriges Zementgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zementzusammensetzung nach dem Anspruch 1 umfaßt,
vermischt mit 5 bis 25 Gewichtsteilen Wasser je 100 Gewichtsteile des hydraulischen Zementmaterials.
8. Wässriges Zementgemisch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß es in der gewünschten Form ausgeformt ist.
9. Wässriges Zemtentgemisch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß es von der ümgebungsluftatmosphäre abgeschlossen ist.
10. Wässriges Zementgemisch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß es von der Ümgebungsluftatmosphäre abgeschlossen ist.
11. Gehärtetes Zementmaterial, das aus einem wässrigen Zementgemisch
nach Anspruch 7 hergestellt ist.
12. Gehärtetes Zementmaterial nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß es durch Ausformen des wässrigen Zement gemischs in der gewünschten Form und durch Erwärmen
des ausgeformten wässrigen Zemtentgemxschs bei einer Temperatur zwischen 40 und 180 0C sowie bei einer relativen
Feuchte von 20 bis 70 % und/oder unter einem Druck von 5 bis 15 Atmosphären hergestellt ist.
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